基于区块链的高校文件存储系统的探究

梁志勇

（三亚学院信息与智能工程学院，海南 三亚 572000）

1 引言

Internet无疑是人类历史上最具有影响力的发明之一，特别是现在的“互联网+”时代，数据交互更加便捷，即使在移动行走的状态，人们也可以通过各种便携式终端通信设备随时与他人进行通讯。

HTTP无疑是目前最成功的网络传输协议，虽然历经20多年的发展，但是B/S模式却从来没改变。传统的高校文件存储系统大多基于HTTP协议，过度的中心化使得文件存储系统并不是特别的安全可靠。

IPFS全称Inter Planetary File System，中文名：星际文件系统，是一个旨在创建持久且分布式存储和共享文件的网络传输协议。IPFS是基于区块链技术的去中心化存储网络，是一种内容可寻址的对等超媒体分发协议。在IPFS网络中的节点将构成一个分布式文件系统。故IPFS对改进传统的、高度中心化的高校文件存储系统有着极大的帮助。

2 IPFS的技术背景

2.1 应用广泛的HTTP所存在的问题

(1)HTTP的高度中心化

Web的本意是去中心化，但随着时间的推移，使得它变得更加中心化，成为了一个脆弱、高度集中、无效且过度依赖骨干网的协议。一旦中心服务器遭受攻击，极易造成网络瘫痪。

(2)HTTP的低效化

由于过度的中心化，数据从中央数据中心分发的成本非常高，如果不是出于规模处理数据的需要，这一方法实际上是不划算的。

(3)HTTP过度依赖于Internet主干网

过度的集中化，直接的后果就是数据中心高度依赖Internet骨干网，即使允许冗余，但是一旦骨干网出现故障的时候，很容易出现各种问题。所以Internet骨干网并不健全，很容易被攻击。

2.2 IPFS相比HTTP的优势

(1)访问或下载速度更快

传统的网络下的HTTP协议，在访问量过大的情况下，很容易造成网络拥堵。此外，互联网中存储着太多重复的文件，若可共享，这些大量的重复文件则不需要存储在很多服务器上。IPFS通过内容寻址技术定位公有资源。它将文件通过Hash计算分散存储在不同的计算机上，用户访问一个文件，则按照哈希地址访问即可。另外，基于区块链技术的IPFS有着P2P的对等特性，它将文件碎片化存储在距离用户最近的计算机或服务器集群里，这使得文件加载速度大幅提升。

(2)数据更加安全，满足隐私保护

因为存储的文件都不在中心化的服务器，文件更安全，即使出现服务器崩溃或者光缆被破坏等情况，也不会导致文件的丢失，用户也能便捷地从其他节点中获得所需数据。同时采用了加密算法，使得黑客无从攻击，满足部分内容的隐私要求。

(3)减少数据冗余，节省资源

由于对重复的文件进行了优化处理，大幅度减少了网络中的冗余数据，从而更大程度上节约了网络资源。

3 IPFS

IPFS是点对点的超媒体协议，可以让网络更快、更安全、更开放。同时它还是一个面向全球的、点对点的分布式文件系统，试图将所有具有相同文件系统的计算设备连接在一起。

3.1 IPFS工作原理

(1)每个文件上传至网络都被进行Hash加密处理，同时生成数字指纹。IPFS通过网络删除具有相同Hash值的文件，通过对比Hash值来判断哪些文件是冗余重复的，从根源上尽可能减少重复冗余的文件。

(2)每个网络节点只存储它感兴趣的内容，以及一些索引信息，有助于弄清楚谁在存储什么。

(3)查找文件时，通过文件的Hash值就可以在网络查找到储存文件的节点，找到所需要的文件。

(4)通过IPNS（去中心化命名系统），每个文件都可以被协作命名为易读的名字。使得用户更加便捷地检索到所要查看的文件。

3.2 IPFS的作用

IPFS从根本上改变了用户的搜索方式，通过IPFS，用户能够直接搜索到想要的内容。当向IPFS询问Hash时，IPFS通过使用一个分布式Hash表，可以快速（在一个拥有10,000,000个节点的网络中只需20跳）找到拥有数据的节点进行检索，并使用Hash验证其是否是正确的数据。

3.3 IPFS的应用场景

(1)在/ipfs和/ipns下挂载全球文件系统

(2)挂载的个人同步文件夹，拥有版本功能

(3)文件加密，数据共享系统

(4)可以作为数据库：应用可以直接操作Merkle DAG，拥有IPFS提供的版本化、缓存以及分布式特性

(5)可以做（加密）通讯平台

(6)永久的Web，不存在不能访问的链接

4 基于IPFS的数据存储设计与分析

传统的高校文件存储系统是一个典型的中心化系统，网络则是常见的星型拓扑结构，一旦出现服务器或者网络故障，用户将不能正常访问文件，安全性能较低。同时随着时间的推移，服务器上所存储的文件越来越多，很容易出现冗余重复文件，不仅造成磁盘空间的浪费，同时降低用户检索文件的效率。

首先，将传统的文件存储系统改成IPFS的形式，利用高校的校园网将所加入的网络节点组成一个私有链。得益于IPFS的优点，私有链中的所有节点在校园网内都是对等的网络节点。用户可将文件通过Hash加密后保存于私有链中任何网络节点，并能根据需要取回本地。若本地节点文件丢失，也可以凭借其Hash值从校园网中的对等网络节点里找回。同时分布式的存储模式使得文件下载变得更加高速和稳定。

其次，IPFS的背景技术是区块链技术，使得存储在私有链上的文件很难被篡改。由于仅修改文件的名称不会改变其Hash值，故整个私有链的冗余重复文件将大大减少，能够最大程度上节约磁盘占有空间。同时文件进行了Hash加密，也保证了文件具有较高的安全性。

最后，对比同样是去中心化存储应用的SC（Sia Coin），主要适合于文件的安全保管，而IPFS是一个底层的互联网协议，致力于替代HTTP，实现的是网络间各个节点的文件读取、分享、交换。相比SC，IPFS更加适合打造一个全新的高校文件存储系统。

5 结语

互联网技术已经颠覆了整个世界，而如今区块链即将颠覆互联网。IPFS背后的技术对传统互联网的影响是深远的。虽然目前对于IPFS等区块链存储技术的运用并不是特别广泛，但是对于传统的高校文件存储系统的改进也是一次新的探索。虽然区块链技术的应用不是特别成熟，但是这绝对不是终结，通过区块链技术的进一步发展，一定会有更加优秀的技术改变整个文件存储领域，故该技术对高校文件存储系统的改进具有极大的革新意义。

参考文献：

[1]殷龙，王宏伟．基于IPFS的分布式数据共享系统的研究[J]．物联网技术，2016，6(6)：60-62．

[2]IPFS官网[E B/OL]．https：//ipfs.io/

[3]张亚娇，王枞．区块链技术在医疗数据安全存储中的应用[J]．中国科技论文在线，2016．

[4]吴振铨，梁宇辉，康嘉文，等．基于联盟区块链的智能电网数据安全存储与共享系统[J]．计算机应用，2017，37(10)：2742-2747．